资源简介

《系统及其设计》单元设计
一、学习者分析
在学习本章之前， 学生在生活中已经对系统有部分了解， 有 一些系统名称中就包括“ 系统 ”，比如电脑和手机的操作系统， 但大部分系统却并没有冠名“系统 ”，所以学生对此并没有感知。 学生对系统的了解需要从感性上升到理性，深入理解系统的概 念、主要特性等等， 在此基础上， 完成对系统分析、优化、设计 的学习， 并通过具体的系统的实践活动， 引导学生进一步运用系
统设计的方法去解决实际问题。
二、课标及学业要求分析
本章课标要求旨在使学生在领悟系统科学原理的内涵和广 泛应用的基础上， 学会运用系统的思想和系统分析的方法认识和 解决问题， 指导简单的系统设计， 从而增强技术意识、工程思维、
创新设计、图样表达、物化能力等核心素养。
学业要求侧重于让学生在理解系统基本特性的基础上， 掌握 系统分析的基本方法和基本原则， 形成初步的创新意识与工程思
维，并将系统的思想方法迁移到日常生活、学习和社会实践中。
三、教材内容分析
1. 单元分析
系统是技术科学的基本概念， 蕴含着基本的技术原理和丰富
的技术思想与方法。系统的思想和方法具有广泛的应用价值和迁
移价值。因此， 本章在整个教材体系中具有重要的地位。本章旨 在以学科核心素养的培养为导向， 使学生在领悟系统科学原理的 内涵和广泛应用的基础上， 学会运用系统的思想和系统分析的方 法认识和解决问题，指导简单的系统设计，从而增强系统思考、
工程思维、技术创新等能力，促进学科核心素养的提高。
2. 课时安排、课程内容及在本单元中的地位
本章共有 4 节内容。在本次设计中，每节安排 1 课时。
第一节 认识系统
本节主要介绍了系统的概念和主要特性，是本章的第一节， 对系统概念的阐述和主要特性的分析为后续节次系统的分析、系
统的优化及系统的设计提供知识储备、奠定基础。
第二节 系统分析
本节主要介绍系统分析的基本方法， 其中“系统分析方法包 含的基本原则和基本步骤 ”是将书本知识与实际应用相连接的一 个重要途径，使学生能够运用系统的思想和方法处理和研究问
题。
第三节 系统的优化
本节主要介绍系统优化的过程价值和意义， 以及如何在体统 分析的基础上， 进行系统的优化。系统优化既是系统分析的深入， 又是系统设计的基础， 更是系统设计过程中的重要环节， 起到承
上启下的作用。
第四节 系统的设计
本节借助水火箭的制作原理和过程， 详细介绍系统设计的基 本方法和原则。要求学生通过水火箭的设计、制作、测试和发射 活动， 初步学会运用系统设计的基本方法， 并把系统的思想和方 法延伸到生活与学习当中， 培养学生科学分析的态度和勇于创新
的精神。本节是整章的总结，也是前面三节内容的综合运用。
3. 教学重点、难点
(1) 重点：理解系统的概念，掌握系统分析和优化的方法，
并尝试进行系统设计。
(2) 难点：对系统的概念、主要特性的分析和理解，系统
分析和优化的方法的掌握，以及系统设计的实施。
四、教学目标及核心素养达成
1．技术意识。引导学生从身边或典型的实例入手，理解系 统的含义及主要特性， 感受技术与生活、生产的密切联系， 增强
对技术文化的理解。
2．工程思维。引导学生通过对精选案例的技术探究，学习 系统的思想和方法， 分析影响系统优化的主要因素， 学会运用系
统分析和比较权衡的筹划思维，解决实际问题，发展工程思维。
3．创新设计。在设计实践活动中，引导学生进一步加深对 系统科学原理的理解， 学会综合运用系统的知识和方法， 形成优
化设计方案，培养工匠精神，发展创新思维和能力。
4．图样表达。通过学习能使学生在技术设计实践中，绘制
规范的系统流程图， 形成良好的设计习惯， 能识读常见的技术图
样，能将简单的系统设计方案用图样表现出来。
5．物化能力。学生能根据设计要求进行简单的系统技术设 计， 能根据设计方案严谨细致地完成系统模型或原型的制作， 并
对系统进行性能测试。
五、教学理念与方法
本章从案例入手， 以“飞机 ”案例为主线， 引导学生理解系 统概念、组成及基本特性， 并掌握系统分析和优化的方法， 最后
以设计水火箭作为实践活动，加深系统概念理解和运用。
六、教学过程
第一课时：认识系统
教学环节 教学过程 学生活动 设计意图
引入 引导学生观看视频（飞机 为什么能飞）。提问：飞机 为什么能飞？ 学生思考，分 组讨论， 回答 问题。 激发学生 兴趣和思 考。
教师在学生回答基础上总 结：从视频看，飞机能飞， 主要有 3 个方面的因素： ① 飞机机身和 翅膀 的构 造，能在飞机运行时使空 气对机翼产生向下的压力 小于向上的升力； 学生聆听，思 考。 步步深入， 通 过 分 析 飞 机 能 够 起 飞 的 原 因 ， 提 出 “系统 ”概 念。
②飞机发动机提供的动力 助攻； ③飞机尾翼起到稳定的作 用，同时它是飞机的“舵 ”， 负责实现飞机转向功能。 并提出飞机之所以能飞， 是因为飞机各部分组成了 系统。
系统概念 教师请学生结合对刚刚飞 机系统的理解，谈谈什么 是系统（提示：从系统的 组成部分、部分之间的关 系、以及整体功能实现着 手。） 学生分组讨 论，思考并回 答问题。 分组讨论， 通过飞机 案例，理解 系 统 的 3 个特征。
教师总结系统概念：系统 是指由两个或者两个以上 相互联系、相互作用的部 分（要素）所组成的，具 有一定的结构和功能的有 学生聆听，思 考。 前面的分 析总结出 系统概念。
机整体。 教师对概念中关键词句解 读。
系统举例 教师举例系统案例，着重 解析“珠江三角洲桑塘生 态系统 ”和“原子结构 ” 系统，并列举太阳系、食 物链、家庭社会、人体等 系统。提出“ 系统无处不 (
。
)在、无时不有 ” 学生聆听，与 教师互动，理 解系统在宏观 世界、微观世 界、人类社会 和自然界都存 在。 举例，加深 对系统概 念理解，并 了解系统 的存在。
系统的组成 教师提出：既然系统普遍 存在，那么系统是如何组 成的？（过渡） 展示视频：飞机系统的组 成。 学生观看视频 并思考。 故意让学 生观看不 完整的飞 机系统展 示，引发学 生思考。
教师提问：刚才的视频是 否展示了完整的飞机系 统？ 学生思考并回 答。
教师展示飞机系统思维导 图，并引导学生理解，刚 刚的视频，仅着重讲解了 飞机系统的一部分：外部 学生思考并理 解。 通过案例 剖析，解释 “子系统 ” 概念。
机身机翼结构系统。提出 “ 子系统 ”概念：任何系 统都是它所从属的更大范 围、更高一级系统的子系 统。子系统各具功能，它 们之间又相互依赖和相互 作用，共同实现上一级系 统的整体功能。
教师展示“机翼 ”子系统 导图，并提问机翼子系统 是否可以再分。 学生思考， 回 答。 进一步分 析元素以 及其与系 统的关系。
教师总结： 当子系统再分 化已经不具备系统意义的 时候，我们就不再分了， 系统分解的最后层次或基
本单元，称为元素。但元 素是相对于所在系统来说 的。
教师展示系统组成思维导 图并总结。 学生观看，并 归纳。 阶段归纳。
系统的分类 教师：系统无处不在，而 且能发挥这么大的作用。 那么我们改如何分类呢？ （过渡） 提示：可从不同角度出发 进行分类。 学生思考并讨 论。 通过导图， 介绍系统 的分类。
教师展示系统分类导图并 讲解。
系统的基本 特性 教师：前面我们学习了系 统的概念、组成和分类， 现在我们探讨一下系统的 主要特性。（过渡） 展示问题（1）飞机各部分 拆卸后再堆在一起。（2） “三个臭皮匠，顶个诸葛 亮 ”“一个和尚挑水吃，两 个和尚抬水吃，三个和尚 没水吃 ”。这两个问题中我 们可以看出什么？ 学生思考并回 答。 通过问题 讨论，使学 生理解系 统的整体 性。
教师：从上面的两个例子 的讨论，我们可以看出： 系统可以放大或者缩小组 成部分的作用， 1+1+1>3 或者 1+1+1<3。 因此，部分（要素）要在 整体中才能发挥其各自的 作用，系统整体功能不等 于其组成部分功能之和。 系统具有整体性。 聆听并思考。
教师展示三幅飞机图片及 学生思考并讨 通过案例
简介，引导学生思考，不 同飞机设计是用作不同功 能。 论。 分析和讨 论，使学生 理解系统 的功能性。
教师总结：系统都是以实 现某种功能为目的的。系 统的多个目标有时不完全 一致甚至互相矛盾，这就 需要协调，达到最佳效果。 系统具有功能性。
教师提问： 同一个系统的 某部分发生变化，会引起 其他部分和系统整体的变 化吗？ 学生思考，讨 论。 通过演示 实验和讨 论，是学生 理解系统 的相关性。
教师演示实验：模型飞机 在系统完整和部分破坏时 飞行对比。 学生观看，思 考。
教师总结：系统内各部分 相互依赖和相互制约，一 个部分变化会引起其他部 分和整体变化。系统具有 相关性。 学生聆听，思 考。
教师提问：为什么歼 20 战 学生讨论， 回
斗机需要具备隐形功能？ 普通客机是需要这样的功 能吗？ 答。
教师展示冬天雷鸟和夏天 雷鸟， 以及不同状态的变 色龙图片。 学生观看讨 论。
教师总结：系统具有适应 环境的变化，保持原有功 能的特性。系统具有环境 适应性。
教 师 阶 段 总 结 ： 学生思考、归 纳。 阶段归纳。
本课总结 教师：本节课学习内容已 完成，请同学们自己总结 一下本课所学习的内容。 学生讨论，总 结。 总结本课， 知识梳理， 升华提高。
教师：本节课是本章的基 础，下节课我们继续学习 新内容。希望同学多多学 习和实践系统的有关知 识，让系统更好的为我们 学生聆听。
服务。
第二课时：系统分析
教学环节 教学活动 设计意图
复习引出课 题：系统分 析。 播放视频： C919 首飞成功。 提问：飞机是系统吗？ 复习：系统及其特性。 过渡：系统的特性构成了系统思想，系 统思想与分析方法想结合， 就是系统分 析。 引出：系统分析。 将学生快速 引入课堂， 复 习上一节的 知识点， 引出 本节主题。
案例分析， 探究系统分 析的步骤和 原则。 分析书本案例：城市交通。 1.小组讨论，针对改善公共交通结构， 选择或设计最佳治理方案，说明理由。 2.梳理归纳系统分析的步骤： 阐明问 题，确定目标；分析研究，制订方案； 评价比较，确定最佳方案。 3.由小组讨论的结果归纳出系统分析 运用中归纳， 体验中提升。 学生根据自 己的实践体 验得出系统 分析的原则
的原则：局部与整体相结合、内部组成 与外部环境相结合、当前目标与长远目 标相结合、定性分析与定量分析相结 合。 与步骤。
实践运用： 筛选飞机模 型。 为本章项目活动筛选合适的飞机模型 （第三节将对该模型进行优化和设 计）。 1.从材料性质、耐用性、经济性等角度 筛选，体现了局部与整体相结合的原 则、当前目标与长远目标相结合的原 则。 2.从动力方式筛选， 试验不同动力模型 的飞行效果， 思考影响飞行效果的因 素， 体现了系统内部组成与外部环境相 结合的原则。 3.通过对众多飞机模型的分析、试验和 比较， 确定合适的飞机模型， 体现了定 量分析与定性分析相结合的原则。 运用系 统分析的基 本方法指导 简单的实践， 突出重点， 培 养学生的工 程思维和物 化能力。 为接下 来的优化和 设计章节选 好材料， 也使 整章学习一 脉相承。
拓 展 与 应 拓展： 借助数学工具分析系统——运 筹学的动态规划，设计最快飞行路线。 进一步体 验系统思想，
用：设计最 快的飞行路 线。 1.动态规划的方法的解决简单问题的 实例分析。 2.分析， 思考运用动态规划的方法设计 从 A 城到 Z 城的最佳飞行路线， 实现飞 得更快的目标。 3.总结：在日常生活中，可以借助各种 数学工具分析复杂的系统， 科学高效地 解决问题。 学会初步运 用系统分析 的基本方法 分析和解决 实际问题， 突 破难点。
归纳提升 1.飞机的设计是系统思想的最佳表达， C919 飞机的背后是一支年轻的技术团 队， 这支团队将系统分析的方法运用到 至善至美， 实现了萦绕中华民族百年的 大飞机梦。希望同学们也做新时代的好 青年，不负青春，强国有我。 2.在日常生活中多学习、多思考、多观 察， 让系统分析成为自己决策分析的核 心内容。 激励学生的 爱国情感和 奋发向上的 斗志， 同时把 系统的思想、 方法迁移到 日常生活中 去。
第三课时：系统的优化
教学环节 教学过程 学生活动 设计意图
新课导入 在开展新课之 前，我们先来 看下田忌赛马 仔细观看，并 回答老师随堂 问题 激发学生探究 问题的积极 性，活跃课堂
小短片（动画） 气氛。
优化系统 的重要性
过渡 既然系统优化那么重要，同学们能清晰地说出 系统优化的意义吗？
系统优化 的含义 有很多不同系 统，实施方案 多种多样、干 扰因素四面八 方，因此我们 有必要进行定 性、定量的科 学分析，寻找 系统最优值。 系统优化就是 在给定的条件 下，通过一定 的手段和方 法，使系统获 得更佳功能或 更佳效益的过 程。 结合案例，总 结、归纳系统 优化的含义和 意义。 让学生通过对 经典案例的分 析和讨论，总 结、归纳系统 优化的含义 和意义，突破 教学重难点。
系统优化 的意义 实现系统的最 优化，可以在 一定资源条件 下，获取最佳 效果，使投入 的人力、物力、 财力为最小 值。
第四课时：系统的设计
教学环节 教学过程 学生活动 设计意图
新课导入 播放“神舟七号升空 ”的视 频片段。 天舟、天宫、神舟飞船、长 征号、他们几个是什么关 系？ 观看神舟七 号发射升空 的过程， 回答 问题。 创设情境 ， 激发学生的 爱国热情， 引入新课。
系统设计 的方法 系统设计除了遵循设计的 一般过程、原则和标准外， 还强调分析思维和综合思 维的运用， 注重在考虑整体 功能的前提下研究解决局 部问题。系统设计特别强调： (1)以实现系统整体功能最 优为目的。 (2)设计好系统的每个要素 和子系统。 (3)综合考虑系统各个部分 (要素)之间的联系， 合理解 决它们之间的矛盾冲突；注 归纳系统设 计 的基本方法。 通过对经典 案例的讨论 和分析 、让 学生归纳 、 总结系统设 计的基本方 法、突破教 学重点。
重系统与环境、部分 要素 明确设计的总体目标及要 求
调查研究， 进行基本的设计 分析
系 统 的 设 计 系统的整体组成
子系统的设计
系统总体技术设计
系统的优化
系统的评价
过渡 神舟七号载人航天飞船的成功发射和回收，是在对整 个载人航天系统进行分析的基础上设计的结果，其中 运载火箭起到关键性作用。今天，我们通过水火箭的 设计和制作， 简单地重现这一系统设计过程(出示水火 箭实物模型)。
七、教学反思
本单元主要介绍系统的概念和基本特性， 以及系统的分析和 系统优化， 最后以水火箭设计为例体验系统设计。是学生对系统 的认知首次从感性上升到理性，内容的铺展以飞机系统为主线， 但也包含其他案例的分析， 适当辅助以视频和模型， 从生活中的 实例入手， 以加深学生理解， 激发学生兴趣， 在系统设计案例中 加深对系统概念及分析、优化的理解与运用， 并在此过程中培育、 提升学生的技术意识、工程思维、创新设计、图样表达和物化能 力核心素养。如果课时充足，可以开展更多多样化的课堂活动，
以项目教学为主线，则可以更好的诠释本章内容。

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